Estabilização e migração de elementos metálicos suportados em magadiita - Santos, Marcio Francisco dos (2022)
O conceito de catálise por um único átomo (single-atom catalysts) origina-se com a nanociência, em que o refinamento das técnicas de síntese reduzem as dimensões das fases catalíticas e, portanto, seus sítio ativos, para um único átomo disperso na superfície do material suporte. Além disso, a atividade catalítica encontra-se criticamente relacionada às dimensões das fases, cuja ordem de grandeza é em escala nanométrica. O comportamento de muitos materiais nessa escala, é diferente daquele apresentado quando a estrutura se torna maior. Nesse contexto, a magadiita, um silicato lamelar amplamente empregado em processos de adsorção, troca iônica e catálise heterogênea, se torna interessante como um possível suporte em catalisadores de átomo único. Sendo assim, este trabalho teve como objetivo simular modelos single-atom de metais nobres suportados em superfície de magadiitas ácidas, chamados aqui de M/H-Magadiita (M = Ag, Au, Pt, Pd), para avaliar sua capacidade de migração e estabilização em diferentes sítios e seus respectivos potenciais catalíticos. Foram realizados cálculos computacionais ab initio usando o pacote QUANTUM-ESPRESSO. Os cálculos foram baseados na teoria do funcional da densidade (DFT), e utiliza um conjunto de bases dado por ondas planas e condições de contorno periódicas. O funcional de troca e correlação foi do tipo GGA-PBE, e pseudopotenciais do tipo Vanderbilt Ultrasoft. O vácuo, a energia cinética de corte e a amostragem de pontos-k foram 19 Å, 55 Ry e 2x2x1, respectivamente. Foram analisadas os elementos metálicos em diferentes sítios de deposição na H-Magadiita. Um levantamento energético identificou dois sítios para os sistemas Au/H-Magadiita e Ag/H-Magadiita: na superfície e na cavidade, com diferença energética de 36,08 e 38,54 kcal mol−1 respectivamente. Por outro lado, três sítios (cavidade, superfície e borda) foram observados para a Pd/HMagadiita e Pt/H-Magadiita, e variação de energia de 9,10 e 15,15 kcal mol−1 . As barreiras energéticas de migração dos modelos Ag/H-Magadiita, Au/H-Magadiita e Pd/H-Magadiita foram inferiores a 5,00 kcal mol−1 , dando indícios de que haveria sinterização dos metais após a dispersão na superfície. As estruturas Pt/H-magadiita da cavidade, no entanto, apresentaram uma barreira de migração de 51,00 kcal mol−1 , se tornando o mais promissor dentre os modelos estudados.